Ученые Сибирского федерального университета и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН разработали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния, которые могут стать перспективным материалом для изготовления аккумуляторов водорода для автомобильного транспорта.

Водородное топливо скоро может заменить бензин, мазут и уголь.  На это рассчитывают экологи и над этим иронизируют нефтяники. Тем временем производители выпускают на дороги прототипы исключительно водородных автомобилей: абсолютно экологичных и при этом не намного дороже своих бензиновых собратьев. 

Но водород – газ очень опасный, взрывается! И сегодня ученые всего мира ломают головы над тем, как хранить и перевозить водород в объемах, достаточных для питания, например автомобиля. Стационарное долгосрочное хранение водорода – немногим сложнее хранения любого газа: его хранят под давлением в сжатом виде, в сжиженном виде, в баллонах,  цистернах. Предполагается, то водород можно хранить даже  в подземных соляных пещерах. Чтобы водород не взорвался, баллоны для его хранения делают очень прочными, применяют материалы, через которые газ не может просочиться наружу. Емкости получаются либо тяжелые и громоздкие, либо дорогостоящие. Производители автомобилей сегодня пошли по пути упрочнения и повышения надежности традиционных систем хранения (газовых баллонов): оболочки водородных баков автомобилей, работающих на водороде, сделаны из нескольких слоев сверхпрочных полимеров и углеродных материалов.  

Другой безопасный путь – использовать принципиально иные технологии, например, хранение водорода в химических соединениях. Водород в них находится в связанном виде, не может улетучиться сам по себе, но при этом достаточно просто извлекается. Гидриды – твердые нелетучие вещества (т.е. порошки), которые образуются от соединения некоторых металлов с водородом, — подходят для этих целей лучше всего. Принцип использования гидридов в качестве среды хранения водорода прост: под давлением металл захватывает водород, водород словно растворяется в металле, образуя новое химическое вещество, а при нагреве гидрида газ отдается обратно. Баллон с порошком гидрида металла, значительно менее опасен, чем повреждённая емкость с сжиженным водородом или охлажденный сосуд, где водород хранится под высоким давлением. 

Самый "вместительный" металл, который можно превратить в гидрид, – это палладий (в одном объеме палладия можно уместить 900 объемов водорода). Несмотря на то, что Россия является мировым лидером по добыче и производству палладия,  использование этого металла для превращения в промышленный водородный аккумулятор даже не рассматривается: металл очень тяжелый и чрезвычайно дорогой. 

 

Палладий / © Фото : Jurii 

За  много лет исследований ученые выяснили, что наиболее перспективный металл, который может практически использоваться для хранения водорода в гидриде,  - это  магний. У него небольшая плотность (в 4.5 раза легче железа и 1.5 раза легче алюминия), относительно низкая стоимость, и в теории он может связывать до 7,66% водорода в расчете на единицу массы.  Однако достигнуть предельного значения непросто, эту задачу и решают ученые многих стран мира. 

Группа ученых-физиков из Сибирского федерального университета и  Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН, разработали технологию синтезирования  нанодисперсного порошка магния (т.е. с линейными размерами частиц в пределах 100 нм) и достигли растворения в нем чуть менее 7 весовых процентов водорода. Как отмечает один из авторов проведенной работы, профессор, доктор физико-математических наук, сотрудник Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН и СФУ Григорий Чурилов, полученный результат — один из самых успешных в мире: сегодня экспериментальные показатели насыщения гидрида магния водородом составляют 5-6 весовых процента.  

Ученый добавляет, что сегодня в мире идет исследование возможности создания аккумуляторов водорода на основе гидрида магния, но растворить водород в металле по максимуму – мало. Необходимо сделать так, чтобы магниевый порошок мог бы использоваться в системе многократно. Кроме этого нужно снизить температуру отдачи водорода (гидрид магния отдает водород при температуре 360 градусов Цельсия), увеличить скорость протекания реакции насыщения магния водородом (это необходимо для того, чтобы полный бак безопасного водорода заправлялся 5 минут, а не полчаса). 

Полученный экспериментальный результат красноярских ученых приблизил нас к созданию действительно безопасного водородного двигателя.

Источники

Красноярские физики получили порошки для создания аккумуляторов водорода
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 21/04/2017
Красноярские физики получили порошки для создания аккумуляторов водорода
Profi-news.ru, 20/04/2017
Красноярские физики получили порошки для создания аккумуляторов водорода
РИА Новости, 20/04/2017
Россия стоит на пороге создания безопасного водородного двигателя
ПолитРоссия (politros.com), 21/04/2017
Россия стоит на пороге создания безопасного водородного двигателя
123ru.net, 21/04/2017
В России получили порошки для создания безопасного водородного двигателя
123ru.net, 21/04/2017
Россия стоит на пороге создания безопасного водородного двигателя
Око планеты (oko-planet.su), 22/04/2017
Для перспективных аккумуляторов водорода получили специальные порошки в Красноярске
Russian IT World (ritworld.com), 21/04/2017
Красноярские физики приблизили создание безопасного водородного двигателя
Байкал 24 # Наука (baikal24-nauka.ru), 04/05/2017
Ученые СФУ и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН создали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния
Научная Россия (scientificrussia.ru), 04/05/2017
Ученые СФУ и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН создали технологию синтеза нанодисперсных порошков магния
Nanonewsnet.ru, 04/05/2017

Похожие новости

  • 10/04/2019

    Красноярские ученые открыли новый материал для белых светодиодов

    ​Российско-китайская группа ученых обнаружила и описала новое соединение для производства белых светодиодов, способных оптимизировать процесс выращивания сельскохозяйственных растений. Статья опубликована в Chemical Engineering Journal.
    1212
  • 28/04/2021

    Ученые создали жидкокристаллические пленки, уменьшающие расход энергии в гаджетах

    Российская группа исследователей, в состав которой вошли ученые Сибирского федерального университета (СФУ, Красноярск), разработала жидкокристаллический материал, способный повышать энергоэффективность смартфонов и планшетов за счет управления положением молекул в кристаллах.
    749
  • 09/04/2021

    «Свинцовое солнце»: красноярские учёные разработали дешёвый компонент для светодиодов

    Группа красноярских учёных впервые получила высокоэффективный люминофор на основе хлорида свинца и тиомочевины, предназначенный для использования в светодиодных светильниках бытового назначения. Поскольку исходные материалы отличаются дешевизной, в отличие от «высокородных» редкоземельных металлов, из которых делают светодиоды в современном мире, запустить «свинцовые» люминофоры в массовое производство представляется очень привлекательной идеей, если бы не один важный нюанс.
    533
  • 18/02/2020

    Красноярские ученые предложили более технологичный и дешевый метод создания долговечных батарей

    ​Красноярские учёные предложили применять в создании источника излучения для ядерных батареек химический способ, основанный на реакции восстановления ионов никеля. При этом исследователи заменили традиционные кремниевые подложки обыкновенной алюминиевой фольгой.
    1189
  • 16/05/2017

    Ученые СФУ разработали наиболее эффективный материал для аккумулирования водорода

    Красноярские ученые получили новый материал для хранения водорода, сообщила пресс-служба Сибирского федерального университета (СФУ). Материал на основе гидрида магния может хранить массу водорода, составляющую около 7% его собственной массы, и это рекордное значение емкости для всех аналогичных материалов.
    2172
  • 01/04/2021

    3D-печать, нейросети и наноматериалы для «Новой медицины»

    ​Нейросети, 3D-печать имплантатов, доставка лекарств с помощью наноматериалов – об этом вы узнаете в заключительной, третьей части обзора уникальных исследований и технологий университетов Проекта 5-100 по направлению «Новая медицина».
    603
  • 03/11/2018

    Красноярские ученые разработали новый тип управляемых дифракционных решеток

    ​Дифракционные решетки играют центральную роль в интегральной оптике, голографии, оптической обработке данных. Ученые Института физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук (ИФ СО РАН) и Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета (СФУ) разработали новый способ создания управляемой дифракционной решетки - оптической системы, действие которой основано на явлении световой дифракции (огибания препятствия светом), сообщила пресс-служба СФУ.
    1741
  • 24/06/2019

    В Сибири работают над электроникой будущего

    ​Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) и Института физики имени Л.В. Киренского СО РАН создали самоорганизующийся шаблон из кремнезёма для прозрачных электродов на гибкой подложке, эффективный при разработке современных гибких дисплеев и светодиодов.
    1291
  • 10/02/2021

    Учёные исследуют высокоэнтропийные сплавы – материалы нового класса

    Учёные и аспиранты кафедры естественнонаучных дисциплин СибГИУ (участник НОЦ «Кузбасс») в содружестве с коллегами из Института сильноточной электроники СО РАН, Самарского национального исследовательского университета имени академика С.
    1014
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    2416